ПЕЧАТНАЯ PCB - Решения на стеклянной подложке для упаковки современной электроники

В сегодняшнюю эпоху быстрого развития электронных технологий традиционные материалы для печатных плат (PCB) сталкиваются с ограничениями своих характеристик. В связи с постоянным увеличением интеграции полупроводниковых устройств и растущим спросом на более высокие частоты и меньшие потери в сетях связи 5G/6G, отрасль срочно ищет новый материал для подложек, который мог бы обеспечить превосходные электрические характеристики, отличную стабильность размеров и экономическую эффективность. На этом фоне стеклянная подложка выходит из тени и становится революционным выбором для упаковки полупроводников нового поколения и высокочастотных коммуникационных приложений.

В традиционных подложках для печатных плат в основном используются органические материалы, такие как эпоксидная смола (FR-4) или полиимид (PI). Эти материалы имеют неотъемлемые ограничения с точки зрения механической прочности, соответствия коэффициента теплового расширения (CTE) и высокочастотных диэлектрических характеристик. Стекло, как неорганический материал, предлагает совершенно новое решение этих проблем благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам.

1. Основные преимущества стеклянной подложки: Почему именно стекло?

Стеклянные подложки обладают широким спектром преимуществ, которые в основном проявляются в следующих областях:

1. Исключительная стабильность размеров и сверхнизкий CTE

Это одно из самых замечательных преимуществ стеклянных подложек. CTE стекла обычно колеблется в пределах 3-8 частей на миллион/°C, что значительно ниже, чем у обычных органических подложек (15-20 частей на миллион/°C), и намного ближе к показателям кремниевых матриц (≈ 2,6 частей на миллион/°C). Такая совместимость с CTE имеет решающее значение для усовершенствованной упаковки, особенно в процессах прямого соединения чипа с подложкой, таких как упаковка на уровне разветвленных пластин (FO-WLP) или интеграция микросхем 2.5D/3D. Это эффективно сводит к минимуму коробление и расслаивание, вызванные термическим воздействием, тем самым повышая надежность упаковки и ее выход.

2. Превосходные высокочастотные характеристики: Низкие значения Df и Dk

Стеклянные материалы обладают значительно более низкой диэлектрической проницаемостью (Dk) и коэффициентом рассеяния (Df), чем традиционные органические подложки. Например, на частотах ГГц glass может достигать Df всего лишь 0,0015–0,0020, в то время как стандартный FR-4 составляет около 0,015-0,020. Это означает, что потери при передаче сигнала на стеклянной подложке значительно снижаются, что обеспечивает лучшую целостность сигнала. Это преимущество имеет решающее значение для приложений с жесткими требованиями к высокочастотной связи, таких как связь на миллиметровых волнах 5G/6G, высокоскоростные центры обработки данных и ускорители искусственного интеллекта. Снижение Df помогает подавить затухание сигнала и перекрестные помехи, обеспечивая передачу высокоскоростных сигналов без потерь и повышая общую эффективность системы.

3. Гладкость поверхности и возможность создания тонких линий.

Гладкая поверхность стекла (в нанометровом масштабе) позволяет создавать сверхтонкие контурные рисунки. Ширина линий/расстояние между ними может быть легко уменьшена до 2/2 мкм или даже меньше. Это закладывает основу для создания систем межсоединений высокой плотности (HDI) и высокоинтегрированной упаковки, поддерживающих более компактные и мощные электронные устройства.

4. Химическая стабильность и термостойкость

Стекло обладает превосходной химической инертностью и устойчиво к коррозии под воздействием различных химических веществ. Высокая температура стеклования (Tg) обеспечивает превосходную стабильность в условиях эксплуатации при высоких температурах.

2. Потенциал применения в современной упаковке

Стеклянные подложки все чаще рассматриваются как важнейшая платформа для упаковки нового поколения, особенно для интеграции микросхем 2,5D/3D, разветвленной упаковки и интеграции гетерогенных материалов высокой плотности.

Упаковка микросхем в формате 2.5D/3D

В 2.5-мерной упаковке несколько матриц укладываются друг на друга или размещаются на кремниевом промежуточном элементе, соединенном с помощью технологии TSV (Through-Silicon Via). Однако кремниевые промежуточные элементы дороги и ограничены по размеру. Стеклянные перегородки представляют собой привлекательную альтернативу благодаря их более низкой стоимости, большему размеру панели и совместимости CTE с кремнием. Стеклянные вставки могут быть обработаны с помощью сквозных стеклянных отверстий (TGV) с использованием лазерного сверления или мокрого травления с последующим заполнением и металлизацией, что обеспечивает вертикальные соединения между кристаллами. Ожидается, что по мере развития технологии TGV и процессов упаковки на уровне стеклянных панелей (PLP) стеклянные подложки заменят некоторые кремниевые вставки, став ключевой технологией для высокопроизводительных вычислений и центров обработки данных.

Разветвленная упаковка

Разветвленная упаковка позволяет распределять ввод-вывод микросхемы на большей площади подложки, обеспечивая большее количество подключений ввода-вывода и уменьшая площадь упаковки. В то время как органические материалы в настоящее время преобладают в качестве расходящихся подложек, стеклянные подложки - с их превосходной стабильностью размеров и низким CTE — могут значительно уменьшить деформацию при нанесении распределительного слоя (RDL), повысить выход продукции и обеспечить более тонкую линию / пространство RDL, тем самым обеспечивая более высокую плотность и производительность расходящихся упаковок.

Материалы для печатных плат

Благодаря постоянным достижениям в области материаловедения, производственных процессов и упаковочных технологий стеклянные подложки могут стать ключевым фактором для электроники следующего поколения, что приведет отрасль к повышению производительности, уменьшению форм—факторов и снижению энергопотребления.